細胞凋亡的特征是細胞由于降解酶，主要是水解酶（蛋白酶與核酸酶）的作用，在近乎正常的細胞質膜內趨向死亡。這與壞死時細胞質膜早期破損不同。在細胞凋亡過程中，質膜脂雙層喪失二側不對稱性，磷脂酰絲氨酸暴露于細胞表面，從而導致被吞噬。
1 線粒體跨膜電位的耗散與細胞凋亡有密切關系
近年來陸續有報道說明線粒體跨膜電位的耗散早于核酸酶的激活，也早于磷酯酰絲氨酸暴露于細胞表面。而一旦線粒體跨膜電位耗散，細胞就會進入不可逆的凋亡過程。線粒體解聯的呼吸鏈會產生大量活性氧，氧化線粒體內膜上的心磷脂。實驗證明，用解偶聯劑mClCCP會導致淋巴細胞凋亡。而如果能穩定線粒體跨膜電位就能防止細胞凋亡。
2 線粒體通透性轉變孔道
在細胞凋亡過程中線粒體跨膜電位的耗散主要是由于線粒體內膜的通透性轉變，這是由于生成了動態的由多個蛋白質組成的位于線粒體內膜與外膜接觸位點的通透性轉變孔道(PT孔道)(圖1)。PT孔道由線粒體各部分的蛋白質與細胞質中蛋白質聯合構成。這包括細胞液蛋白：己糖激酶，線粒體外膜蛋白：外周苯并二嗪(benzodiazepine)受體與電壓依賴陰離子通道，線粒體膜間間隙蛋白：肌酸激酶，線粒體內膜蛋白：ADP-ATP載體，線粒體基質蛋白：親環蛋白D(cyclophilin D)等。凡是能夠專一作用于線粒體誘導PT孔道生成的物質，例如苯并二嗪受體的配基原卟啉IX等都能引起細胞凋亡。
3 PT孔道的性質
通過一些實驗室的研究，以下諸點值得指出：(1)線粒體內膜通透性轉變既是細胞凋亡的必須條件，也是它的充足條件。(2)PT孔道打開后導致線粒體許多功能的致命性變化從而啟動了死亡途徑。(3)PT孔道作為許多生理效應的感受器（二價陽離子、ATP、ADP、NAD、ΔΨm、pH、巰基與多肽)，整合了電生理、氧化還原與細胞代謝狀態的信息。(4)PT孔道的組成成分ADP-ATP載體是能量代謝的重要分子，由于ADP-ATP載體是由一個基因家族的幾個成員所編碼，它的表達有嚴格的組織專一性。因此，PT孔道在不同細胞中的調節可能稍有不同。(5)PT孔道的作用有自放大的效應。PT誘導ΔΨm耗散，而反過來 mClCCP使ΔΨm去極化會導致PT。一些PT的結果例如ΔΨm 耗散，活性氧的生成本身也會導致PT。這就說明PT會有正反饋， 從而在細胞凋亡中有自摧毀的作用。反過來，如果能防止ΔΨm的耗散，就能避免氧化還原不平衡、磷酯酰絲氨酸的暴露與蛋白酶和核酸酶的激活。
4 PT孔道的開放與關閉
PT孔道有開放與關閉二種構象。PT孔道開放導致細胞凋亡。而PT孔道關閉能防止細胞凋亡。當PT孔道與環孢菌素A(cyclosporin A)或SH，或米酵菌酸(bongkrek acid)結合時PT孔道被關閉。在PT孔道開放時線粒體釋放細胞凋亡誘導因子(AIF)。AIF可能是一種蛋白水解酶，位于線粒體膜間間隙，它能被蛋白酶抑制劑如N-芐氧羰基-纈氨酰-丙氨酰-門冬氨酰氟甲基酮(N-benzyloxycarbonyl-Val-Ala-Asp-fluoromethylketone)所抑制。此外從線粒體釋放的細胞色素C也是一種細胞凋亡誘導因子。雖然蒼術苷與米酵菌酸都是ADP-ATP載體的抑制劑，但是它們對PT孔道的作用并不相同。蒼術苷促進PT通道開放。這可能與二種抑制劑和ADP-ATP載體的結合部位不同有關。蒼術苷只能與ADP-ATP載體的胞液側結合而米酵菌酸可與ADP-ATP載體的胞液及基質二側結合。
5 線粒體在細胞凋亡作用中的進一步證據
(1)若將純化的正常的線粒體與純化的細胞核在一起保溫，并不導致細胞核的變化。但若將誘導生成PT孔道的線粒體與純化的細胞核一同保溫，細胞核即開始凋亡變化。(2)細胞死亡調節蛋白不論是抑制死亡的bcl-2家族還是促進細胞死亡的Bax家族均以線粒體作為靶細胞器。bcl-2蛋白的C端的疏水肽段能插入線粒體外膜。事實上相當量的bcl-2位于線粒體內外膜的接觸位點。(3)高表達bcl-2能防止ΔΨm的耗散，從而導致對蒼術苷、原卟啉IX與mClCCP的不敏感與AIF釋放的抑制；反之，高表達Bax則導致ΔΨm的耗散?！ ?
綜上所述，細胞凋亡與線粒體的結構與功能有著密切的關系。如果線粒體有大量PT孔道形成，細胞ATP濃度很快下降，則在致凋亡的蛋白酶被活化前細胞就壞死了。而如果PT孔道的誘導生成是一種比較緩和與持續的狀態，在細胞ATP濃度下降前專一的蛋白酶被激活；而另一方面ΔΨm的耗散產生的超氧陰離子則導致細胞死亡。細胞凋亡是一把雙刃劍。一方面是機體發育的正常過程，另一方面如果細胞凋亡過速，則會導致慢性退行性病變；如果細胞不凋亡就有可能導致癌變或對化療的不敏感。進一步研究線粒體在細胞凋亡中的作用，有助于深入了解細胞凋亡的機制與對疾病的防治。
（Scimall科學在線）
本信號轉導涉及的信號分子主要包括：
PI3K, Erk1/2, PKC, PKA, p90RSK, AKT. Bad, 14-3-3, FADD, Caspase, Bim, Bmt, Bcl-2, Bax, Bak, tBID, Bcl-xL, Cyto c, HtrA2, Endo G, p53, CaMKII, AIF, ATM, ATR等
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